Механизм снижения износостойкости серого чугуна в процессе его эксплуатации в паре трения "Тормозной диск - колодка"

В настоящее время проблема повышения качества материалов для деталей и узлов тормозной системы становиться особенно актуальной.

Особенность работы тормозного диска заключается в том, что его контактная поверхность в процессе торможения испытывает многократное термоциклирование, сочетающееся с высокими динамическими нагрузками и вибрацией. Это комплексное воздействие вызывает изменение микроструктуры материала (серый чугун типов СЧ15, СЧ25) тормозного диска. Причём изменённая структура характеризуется заниженными износно-фрикционными свойствами.

Исходная микроструктура чугуна Gh190, применяемого в ОАО «АВТОВАЗ» (типа СЧ25) - пластинчатый перлит, графит типов А (тонкие, без преимущественного направления, равномерно расположенные пластинки) и В (пластинки, собранные без преимущественного направления в розетку, причём сердцевина розетки занята более тонкими пластинками). При этом по объёму существенных отличий не наблюдается. В микроструктуре чугуна тормозного диска, снятого после пробега 52300 км, были замечены следующие изменения в поверхностной зоне на глубине до 5 мм:

-        наличие 10% феррита;

-        отсутствие графита типа В;

-        появление графита типа Е (мелкие с преимущественным направлением пластинки, сгруппированные в древовидные зоны).

Нами было проведено моделирование многоциклового нагрева материала тормозного диска на универсальной машине трения для испытаний на трение и износ на чугунном роликовом образце при работе в паре с фрикционным материалом тормозной колодки. Изменения микроструктуры материала образца на глубине 1 мм были аналогичными.

Таким образом, установлена причина снижения износостойкости тормозных дисков после длительного пробега - обезуглероживание поверхностного слоя за счёт растворения цементита перлита и выгорания углерода, активизированное термоциклированием. Путём введения в состав чугуна элементов-карбидообразователей предположительно можно замедлить эти процессы, снизив интенсивность появления в структуре феррита, а также повысить дисперсность феррито-цементитиной смеси (коэффициент морфологии перлита).